Un equipo de investigadores de la Universidad de Rice ha desarrollado un dispositivo que puede convertir la luz solar en hidrógeno con una eficiencia sin precedentes. La nueva tecnología se presenta en un equipo único, duradero, rentable y escalable, explica en su web el centro con sede en Houston (Texas).
Por afán de precisión, diremos que los ingenieros de Rice han combinado semiconductores de perovskita de haluro de última generación con electrocatalizadores para obtener un dispositivo que abre nuevas perspectivas para la generación de energía limpia a partir de electricidad extraída de la luz solar.
La investigación dio comienzo con la construcción, en el laboratorio del ingeniero químico y biomolecular Aditya Mohite, de un fotorreactor donde una barrera anticorrosión aislaba el semiconductor del agua sin impedir la transferencia de electrones. Según el trabajo publicado ahora en Nature Communications, el sistema logró una eficiencia de conversión de energía solar a hidrógeno del 20,8%.
“El uso de la luz solar como fuente de energía para fabricar productos químicos es uno de los mayores obstáculos para una economía de energía limpia”, ha indicado al respecto Austin Fehr, estudiante de doctorado en ingeniería química y biomolecular y uno de los autores principales del estudio. “Nuestro objetivo es construir plataformas económicamente viables que puedan generar combustibles derivados de la energía solar. Aquí, diseñamos un sistema que absorbe la luz y completa el proceso electroquímico de división del agua en su superficie”.
Para conseguirlo se recurre a lo que se conoce como celda fotoelectroquímica porque la absorción de la luz, su conversión en electricidad y el uso de la electricidad para impulsar una reacción química ocurren en el mismo equipo. Hasta ahora, el empleo de tecnología fotoelectroquímica para producir hidrógeno verde se veía obstaculizado por la baja eficiencia y el alto coste de los semiconductores.
“Todos los equipos de este tipo producen hidrógeno verde usando solo luz solar y agua, pero el nuestro es excepcional porque tiene una eficiencia récord y utiliza un semiconductor que es muy barato”, ha especificado Fehr.
El laboratorio de Mohite y sus colaboradores crearon el dispositivo convirtiendo su celda solar en un reactor que podía usar la energía obtenida para dividir el agua en oxígeno e hidrógeno. El desafío que tuvieron que superar fue que las perovskitas de haluro son extremadamente inestables en agua y los recubrimientos usados para aislar los semiconductores terminaron interrumpiendo su función o dañándolos.
Prueba y error
“Durante los últimos dos años, hemos estado probando diferentes materiales y técnicas”, ha señalado Michael Wong, ingeniero químico de Rice y coautor del estudio. Después de largos ensayos que no dieron el resultado deseado, los investigadores finalmente encontraron lo que andaban buscando.
“La idea clave fue que se necesitaban dos capas en la barrera, una para bloquear el agua y otra para hacer un buen contacto eléctrico entre las capas de perovskita y la capa protectora”, explicó Fehr. “Nuestros resultados son la eficiencia más alta para celdas fotoelectroquímicas sin concentración solar, y la mejor en general para aquellas que usan semiconductores de perovskita de haluro”.
“Es la primera vez que se logra en un campo que históricamente ha estado dominado por semiconductores prohibitivamente caros, y puede abrir un camino hacia la viabilidad comercial de este tipo de dispositivos”, ha proseguido.
Los investigadores demostraron que su diseño de barrera funcionaba para diferentes reacciones y con diferentes semiconductores, lo que lo hace aplicable en muchos sistemas. “Esperamos que sirvan como una plataforma para conducir una amplia gama de electrones a reacciones de formación de combustible empleando abundantes materias primas con solo luz solar como fuente de energía”, ha afirmado Mohite.
“Con más mejoras en la estabilidad y la escala, esta tecnología podría expandir la economía del hidrógeno y cambiar la forma en que los humanos son capaces de sustituir el combustible fósil por combustible solar”, concluye Fehr.
VC